排水渠泵站工程设计方案.doc

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1、排水渠泵站工程设计方案第一节 工程等别及主要参数一、工程等别豉湖渠泵站工程由泵房、进水前池、出水池、拦污栅桥、自排渠、节制闸、变电站、中央控制室及泵站管理设施等建筑物组成。依据GB/T50265-97国家标准及SDJ217-87部颁标准的有关规定，并考虑泵站与豉湖渠堤防的工程等别关系，本泵站工程属于三等工程，其主要建筑物（主泵房、拦污栅桥、节制闸）按3级建筑物标准设计，其它建筑物按4级建筑物标准设计。站址段堤身的最高防洪水位为29.70m，现状堤顶高程为30.50m，规划泵站处最高堤顶高程为32.50m。本地区地震基本烈度为6度，分析确定建筑物的地震设防烈度亦为6度。二、主要参数1、泵站设计排

2、水流量：30m3/s（预留7.5m3/s泵位）2、装机容量：5500KW（四用一备）；3、机组选型水泵：5台1600ZLQ7.5-4型（四用一备），单机设计流量7.5m3/s，同步电机：5台TL500-24/1730型（四用一备），单机容量500KW；4、特征水位（1）外渠设计水位：29.47m；最高防洪水位：29.70m最高运行水位：29.70m最低运行水位：26.70m平均水位：28.20m（2）内渠设计水位：26.25m最高运行水位：26.70m最低运行水位：25.80m平均水位：26.25m第二节 站址选择及工程布置一、站址选择根据市沙市城区现状排水情况及工业新区排水规划的原则旱季自排

3、，汛期利用各调蓄水体的调蓄库容，通过豉湖渠泵站抽排，同时考虑到工业新区作为城市的一部分，其服务范围除应满足沙市城区的排水要求外，还应涵盖整个工业新区，拟将豉湖渠泵站设在岑观公路西侧约100m地段（与工业新区建设规划站址一致）。泵站选址范围内豉湖渠现状渠底宽28.50m，渠顶宽61.85m，现状渠底高程为24.05m。根据豉湖渠疏挖整治规划，该段豉湖渠设计底高程为23.78m，规划疏挖底宽至29.0m，设计过流量80m3/s。该站址具有下述优点：1、可完善城区及工业新区的排水规划，使城区的排水泵站布局更为合理。2、可充分利用现状豉湖渠作为泵站的进水引渠和出口排渠，可大量减少土方开挖量及占用土地面

4、积，从而节省工程投资。3、该处南、北侧均为农田和水面，基本无拆迁，有利于施工围堰的布置和施工总进度的安排。4、泵站正向进水、水流条件好，有利于机组平稳运行。5、总体布置协调，运行管理方便。二、工程布置因豉湖渠泵站出水池水位变幅只有3.0m，轴流泵的导叶弯管出水室的出口上缘已高出最低水位，为降低流道出口高程，减少扬程损失，因此豉湖渠泵站的布置型式应布置成虹吸式较为合理。泵站工程布置的比较方案主要有三种：1、将主泵房、格栅建在现状豉湖渠上，节制闸建在导流渠上；2、将主泵房、格栅建在导流渠上，在现状豉湖渠上修建节制闸；3、将现状豉湖渠扩宽，将主泵房、格栅、节制闸等主要构筑物建在现状明渠上。综合考虑地

5、形、地质条件、交通要求、施工进度安排、堤身安全渡汛及运行管理等因素，选取工程布置方案一为推荐方案，该方案已通过豉湖渠泵站初步设计方案汇报材料得到有关领导及专家的认可。推荐方案优点：1、施工方便，可不受雨季限制。2、可利用现状豉湖渠作为泵站的前池引水渠及出水排渠，可大量减少土方开挖量及占用土地面积，从而节省工程投资。3、可利用现状土堤作挡水墙，节约投资。4、与外部道路连接顺畅，设备运输方便。5、泵站进出水流条件好。第三节 主要建筑物豉湖渠泵站的主要建筑物有主泵房、进水前池、出水池、拦污栅桥、自排渠、节制闸、变电站、中央控制室等。一、主泵房它包括主机间、安装间、副厂房及真空破坏阀室四部分，布置在现

6、状豉湖渠上，泵房机组轴线距东边岑观公路157m。主机间底板顺水流方向长度23.3m，垂直水流方向长度24.9m，板厚1.5m。安装4台单机容量500KW的立式全调节轴流泵机组，预留一台单机容量为500KW的立式全调节轴流泵机组泵位，机组中心距4.8m，泵房机组轴线距底板上游端8.4m，泵房机组轴线距底板下游端14.9m，上部电机层主厂房净宽10.0m，设置10/3t双钩桥式吊车一台。水泵叶轮中心安装高程24.55m，肘型进水流道底面高程21.10m，水泵层地面高程24.02m，联轴层地面高程27.61m，电机层地面高程32.71m。电机层及联轴层的进水侧是泵房的主要交通道，水泵层的进水侧及出水

7、侧均布置有交通过道，在水泵层的进水侧布置有700检修人孔，出水侧布置排水泵。进水流道上设有一道检修闸门，其孔口尺寸3.9m4.1m（宽高），闸门的启闭吊装采用MD110-12D型电动葫芦，其工字梁轨道下底安装高程37.50m。闸门检修平台高程30.50m，平台宽4.8m，它与厂区交通道路相通。安装间布置在主机间左端，系三层楼结构，底板平面尺寸10.511.8m，板厚1.5m。上层为机组安装及检修场地，其地面电机层和联轴层在同一垂线部位均设有吊物孔及相应的钢制盖板。高程与主机间电机层相同，在进水侧设有楼梯间通至水泵层，在安装间联轴层布置油库及油处理室。副厂房布置在主机间的右端，系五层楼结构。其进

8、水侧设有楼梯间通至一楼至五楼，一楼地面高程24.02m，它与主机间水泵房、安装间的一楼直接相通，为值班人员的巡视工作提供较好的交通道，二楼地面高程27.61m，布置有空压机室，四楼、五楼设有值班室和试验室。三楼地面高程与电机层相同，布置有控制柜室。真空破坏阀室布置在主机间的出水侧，其地面高程32.00m，该室下部布置虹吸式出水流道，真空破坏阀室内布置有真空破坏阀和真空泵等。二、进水前池进水前池是主泵房与豉湖渠的连接建筑物。它由前池段及上游侧的连接段挡土墙组成。前池长15m，宽23.1-29.0m，池深2.68m，池底高程21.10m，它与进水流道底面高程相同，采用分离式结构，混凝土底板护砌，板

9、厚0.5m。为防止粉细砂基础土层产生渗透破坏，前池底板设置6cm的排水孔，其下部设置厚30cm的砂卵石反滤层，并在基础土层的表面设置滤井布反滤，排水孔孔距2m，排距1.5m。前池侧墙采用悬臂式混凝土挡土墙，墙顶高程30.5m，顶宽为0.5m。立板采用变截面断面，迎水面垂，填土面倾斜变坡。挡土墙长20.0m，平面布置采用喇叭形与引渠相接，挡土墙最大高度9.4m，其底板宽8.5m。三、出水池出水池采用分离式结构，池长13.0m，池底宽23.1-29.0m，池底高程24.0m，混凝土底板护砌、底板厚0.5m。两侧为悬臂式挡土墙，墙顶高程30.5m，顶宽0.5m。立板采用变截面断面，迎水面垂，填土面倾

10、斜变坡。挡土墙长20.0m，平面布置采用喇叭形与出水渠相接，挡土墙最大高度6.5m，其底板宽6.0m。四、拦污栅桥拦污栅桥设置在主泵房上游77m处的引渠上，共6孔，每孔净宽4.0m，桥墩厚1.0m，底板宽2.0m，厚0.8m，长度为11.0m。它拦截上游漂浮物进入泵站的前池。栅体采用倾斜式布置，倾角70，桥墩顶部设置工作平台，宽7.0m，平台面高程30.50m，桥面采用整体式板梁结构，简支在桥墩上。格栅清污采用移动式格栅除污机一台套，北侧设除污机检修室一间，其平面尺寸为6.06.0m。五、自排渠当泵房前池及出水池水位低于26.70m时，排涝泵不必抽水，此时豉湖渠水自排，在现状豉湖渠（泵站处）南

11、侧修建自排渠，其横断面与该处豉湖渠疏挖整治规划一致。其直线段长度约为230m。六、节制闸当泵房前池及出水池水位达到26.70m时，排涝泵抽排以降低泵房前水位，此时节制闸关闭以阻挡下游水体。豉湖渠节制闸的主要建筑物有闸室、闸墩、进水前池及排渠挡土墙和护坡。1、闸室闸室建在豉湖渠新挖的S型河道直线段上，闸室呈一字型排列，设计闸孔6孔。根据总体设计，豉湖渠节制闸上游最底水位25.80m，最高运行水位26.70m，下游最低运行水位26.70m，设计水位27.61m，最高水位29.70m，渠底23.78m，梁顶32.00m，在上游最高运行水位26.70m以下时，节制闸为自流，在上游最高运行水位26.70

12、m以上时，闸门关闭，挡住下游抬高的水位，其最高水头差为3.9m。河底宽29.0m，河上开口为61.8m。根据规范要求，闸室结构采用开敞式，水闸安全超高为0.3m，设计孔口尺寸为BH=46.22m，均采用钢质平面闸门，工作闸门用卷扬启闭机操作，启闭机地面高程40.20m，工作闸门检修平台高程32.10m，闸室工作桥宽度为3.5m，闸室上部高设为8.22m，闸室北端设交通楼梯通往工作桥，系框架结构，平面尺寸4.83.0m。2、闸墩闸墩采用钢筋砼实体式，设7道，闸墩厚为1.0m，长度为22.0m，上、下游墩头采用半园形，闸墩上设交通桥和过人行通道，交通桥宽5m，过人通道宽2m。3、进水前池进水前池是

13、节制闸与排渠的连接建筑物，它由前池段及上游两侧的连接段挡土墙组成，前池长18.0m，宽29.0m，池底高程23.78m，它与进水流道底面高程相同，采用分离式结构，混凝土底板护砌，板厚0.6m。为防止基础层产生渗透破坏，前池底板设置排水孔，其下部设置反滤层。前池侧墙采用悬臂式混凝土挡土墙，墙顶高程30.50m，顶宽为0.5m，立板采用变截面断面，迎水面垂直，填土面倾斜变坡，挡土墙长26.0m，平面布置采用喇叭形与引渠相接，挡土墙最大高度6.72m，其底板宽8.8m。4、出口池出口池采用分离式结构，池长26.0m，池宽29.0m，池度高程23.78m，混凝土底板护砌，底板厚0.6m，两侧为悬臂式挡

14、土墙，墙长35.12m，平面布置采用八字形与排渠相接，墙顶高程直线段32.0m，弧线段30.5m，挡土墙最大高度8.22m，最小高度为6.72m，其底板宽 8.8m。5、护坡与进水前池、出口池八字形相接的排渠均采用块石护底、护坡、排渠边坡为1:2.25，边坡长度18.34m，河底宽29.0m，堤顶高程32.00m，河底高程23.78m，均采用M10水泥砂浆砌块石护底护坡，块石厚为0.3m，护坡长123.8m。七、变电站根据泵站所需要电源及考虑接线方便等因素，将变电站布置于泵房北侧略偏东，变电站距泵房约25m，尺寸为15m8m，纵向为南北方向，变电站净空高度为4m，便于高低压柜安装。八、中央控制

15、室中央控制室是全站的神经中枢，它位于变电站东侧约25m处，在泵房的东北方向，尺寸为11m11m，净空高度为4m，内设有泵站自动控制系统，仪表监控屏，消防控制系统，通讯系统。第四节 建筑物的稳定分析稳定分析是对建筑物在各种设计条件下的抗滑、抗倾（或抗浮）等稳定情况及地基承载力核算。对于土基上的建筑物还要控制其基础底面的应力不均匀系数。主泵房及节制闸系按3级建筑物标准进行设计，根据水闸设计规范SL265-2001有关规定，建筑物抗滑稳定安全系数Kc允许值为：基本组合Kc=1.25，特殊组合（I）Kc=1.10。主泵房及节制闸沿基础底面的抗滑稳定计算公式如下：Kc=fG/H （4-4-1）式中： K

16、c抗滑稳定安全系数；G作用于建筑物基础底面以上的全部竖向荷载（KN）；H作用于建筑物基础底面以上的全部水平向荷载（KN）；f建筑物基础底面与地基之间的摩擦系数。建筑物基础底面应力计算采用公式为：Pmax=G/A+M/W （4-4-2）式中：Pmax建筑物基础底面应力的最大值或最小值（KPa）；M作用于建筑物基础底面以上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流向的形心轴的力矩（KN.M）；W建筑物基础底面对于该底面垂直水流向的形心轴截面矩（m2）；A建筑物基础底面的面积（m2）。根据地质钻探和土工试验提供的资料，主泵房与节制闸、格栅的地基土为粉质粘土层，其承载力特征值为200Kpa，摩擦系数为

17、0.33。本文仅摘录泵房及节制闸的稳定分析成果。见表4-4-1及表5-4-2。 泵房稳定分析成果表 表4-4-1荷载组合工作状况设计条件抗滑稳定安全系数（Kc）地基应力（Kpa）规范允许安全系数Kc渠内侧梁外侧应力比基本组合完建期无水1.35145.7214.11.471.25设计情况渠外水位：渠内水位：1.5116.8142.11.21特殊组合检修情况渠外水位：1.17126.6126.61.461.10校核情况渠内水位：1.3476.876.81.42 节制闸稳定分析成果表 表4-4-2荷载组合工作状况设计条件抗滑稳定安全系数（Kc）地基应力（Kpa）规范允许安全系数Kc渠内侧梁外侧应力比

18、基本组合完建期无水2.51137.7165.81.211.25设计情况渠外水位：渠内水位：2.10101.8137.41.35特殊组合检修情况渠外水位：渠内水位：2.44125.8164.81.311.10校核情况渠内水位：渠内水位：1.9276.0104.51.38第五节 渗流稳定分析豉湖渠泵站的主泵房布置在豉湖渠上，泵房的底板位于粉质粘土层基层的顶层。通过渗流计算，可以了解渗流的分布状态，获得主渠粉质粘土覆盖层承受渗透压力的大小，为设计提供依据，并对计算断面的渗流状态作出评价和进行渗挖。一、计算方法本工程的基础渗流场是按平面稳定渗流问题，采用有限单元法进行计算分析。二、计算断面选择计算断面

19、治顺水流向沿主泵房轴线截取剖面、计算断面的渗径长度为引渠至主泵房，计算断面见图4-5-1。三、计算参数1、水位组合：（1）外渠最高防洪水位 29.70内渠设计水位 26.25（2）外渠最高运行水位 29.70内渠最低运行水位 25.802、渗透系数K值：根据地质钻探及土工试验资料，结合有关规范确定各土层（自上而下）的渗透系数。如下：粉质粘土 K=810-5cm/s；细 砂 K=510-3cm/s；砾 石 K=610-2cm/s3、覆盖层允许渗透坡降J允值：细 砂 层 J允=0.14粉质粘土 J允=0.33四、地基稳定性判断在闸坝的设计中，地基土的渗流稳定性主要采用的判断方法有两种：1、安全坡降

20、法：对于透水的覆盖层或盖重（含半透水），根据渗流场的分布状态，通常是以覆盖层实际渗透坡降J小于或等于其允许坡降J允为安全控制标准。即：JJ允 （4-5-1）式中：J覆盖层实际平均渗透坡降J=H/L；H覆盖层底所受渗透水头（m）；L覆盖层厚度（m）；J允覆盖层允许渗透坡降。2、安全系数法对于覆盖层为多层次的且不透水或弱透水的土体，为防止渗透破坏，应满足下式要求：K=（hiri）K允 （4-5-2）式中：hi各土层厚度（m）；ri各土层浮容重（KN/m3）K允的取值根据有关水利工程规范取1.5。五、计算成果及渗流稳定分析1、前池及引渠基础的渗流计算成果见表4-5-1。前池引渠基础渗流计算式成果表 表4-5-1荷载设计条件渗透稳定计算位置备 注判断方法前池引渠特殊外渠水位：29.70m内渠水位：26.70m渗透坡降（J）0.130.12前池底板设有排水孔，底板下部设有反滤层。安全系数（K）6.417.11基本外渠水位：26.70m内渠水位：25.80m渗透坡降（J）0.140.12安全系数（K）5.876.832、渗流稳定分析从上表中的计算成果表明：泵站建成后其地基土的渗流是稳定的。但在施工期应采取渗控措施，降低地下水位，保证基坑及边坡的稳定安全。